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Date de publication : 10 novembre 2017 Mots-clés Méthanisation | Biogaz | Dépol

Date de publication : 10 novembre 2017 Mots-clés Méthanisation | Biogaz | Dépollution Keywords anaerobic digestion | biogas | cleanup Pour toute question : Service Relation clientèle Techniques de l’Ingénieur Immeuble Pleyad 1 39, boulevard Ornano 93288 Saint-Denis Cedex Par mail : infos.clients@teching.com Par téléphone : 00 33 (0)1 53 35 20 20 Réf. : J3943 V2 Traitement anaérobie des effluents industriels liquides Cet article est issu de : Procédés chimie - bio - agro | Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique par Diana GARCIA-BERNET, Jean-Philippe STEYER, Nicolas BERNET Résumé Dans un premier temps les aspects théoriques de la méthanisation des effluents industriels sont abordés en détaillant les processus réactionnels associés. Sont ensuite présentés les critères technologiques de choix du procédé de méthanisation en fonction des caractéristiques de l’effluent à traiter, ainsi que les principales difficultés opérationnelles liées au traitement d’effluents complexes. Certaines technologies de méthanisation y sont exposées, avec leurs avantages et inconvénients respectifs. Enfin, la mise en œuvre d’une unité industrielle de méthanisation est décrite. Le dimensionnement et les principaux choix sont détaillés, que ce soit pour le réacteur anaérobie lui-même, le contrôle, ou les aspects de valorisation du biogaz produit. [...] Abstract First, the theoretical aspects of the methanisation of industrial effluents are discussed by detailing the associated reaction processes. Then, the technological criteria for choosing the methanization process are presented according to the characteristics of the effluent to be treated, as well as the main operational difficulties related to the treatment of complex effluents. Some methanisation technologies are exposed, with their respective advantages and disadvantages. Finally, the implementation of an industrial methanation unit is described. The sizing and the main choices are detailed, whether for the anaerobic reactor itself, for the control, or for the valorization aspects of the biogas produced. Examples of industrial implementations illustrate the different implementation options. Document téléchargé le : 17/11/2017 Pour le compte : 7200097598 - editions ti // nc AUTEURS // 195.25.183.157 © Techniques de l'Ingénieur | tous droits réservés Copyright © – Techniques de l’Ingénieur – Tous droits réservés J 3 943v2 – 1 Traitement anaérobie des effluents industriels liquides par Diana GARCIA-BERNET Ingénieur de recherche Laboratoire de biotechnologie de l’environnement INRA, Narbonne, France Jean-Philippe STEYER Directeur de recherche Laboratoire de biotechnologie de l’environnement INRA, Narbonne, France et Nicolas BERNET Directeur de recherche Laboratoire de biotechnologie de l’environnement INRA, Narbonne, France Cet article est la réédition actualisée de l’article [J 3 943] intitulé « Méthanisation des effluents industriels liquides » paru en 2007, rédigé par Sylvain FRÉDÉRIC et Aurélien LUGARDON a digestion anaérobie ou méthanisation est un processus biologique naturel qui, réalisé au sein de procédés maîtrisés, permet de traiter effica- cement la pollution organique et de produire du biogaz dont le composé majoritaire, le méthane, peut être valorisé énergétiquement sous forme d’électricité, de chaleur, de GNV ou être injecté dans le réseau de gaz naturel. Appliquée d’abord à la valorisation des sous-produits d’élevage, la méthanisa- tion est aujourd’hui largement utilisée pour l’épuration et la valorisation des effluents industriels chargés en matière organique. 1. Principe de méthanisation : flux métabolique et microbiologie.................................................................................... J 3 943v2 - 2 1.1 Hydrolyse et acidogenèse ....................................................................... — 3 1.2 Acétogenèse............................................................................................. — 3 1.3 Méthanogenèse........................................................................................ — 3 1.4 Autres réactions ....................................................................................... — 3 2. Technologies de méthanisation des effluents industriels........ — 4 2.1 Contraintes de mise en œuvre de la méthanisation ............................. — 4 2.2 Différentes technologies de méthanisation ........................................... — 7 3. Mise en œuvre industrielle de la méthanisation des effluents.......................................................................................... — 10 3.1 Dimensionnement d’une installation de méthanisation....................... — 10 3.2 Contrôle automatique d’une installation de méthanisation................. — 12 3.3 Production et valorisation du biogaz...................................................... — 13 3.4 Coût d’investissement et de fonctionnement........................................ — 14 3.5 Intégration dans une filière de traitement ............................................. — 14 4. Exemples industriels ........................................................................... — 14 4.1 Digesteur infiniment mélangé ................................................................ — 14 4.2 Digesteur UASB ....................................................................................... — 16 4.3 Digesteur à lit fixe .................................................................................... — 18 5. Conclusion.............................................................................................. — 18 6. Glossaire ................................................................................................. — 18 Pour en savoir plus ....................................................................................... Doc. J 3 943v2 L Parution : novembre 2017 - Ce document a ete delivre pour le compte de 7200097598 - editions ti // nc AUTEURS // 195.25.183.157 Ce document a ete delivre pour le compte de 7200097598 - editions ti // nc AUTEURS // 195.25.183.157 Ce document a ete delivre pour le compte de 7200097598 - editions ti // nc AUTEURS // 195.25.183.157 tiwekacontentpdf_j3943 v2 TRAITEMENT ANAÉROBIE DES EFFLUENTS INDUSTRIELS LIQUIDES __________________________________________________________________________ Copyright © – Techniques de l’Ingénieur – Tous droits réservés J 3 943v2 – 2 La méthanisation transforme la matière organique, sous forme soluble ou solide, conduisant à la formation de biogaz, mélange gazeux composé principa- lement de méthane (CH4) et de dioxyde de carbone (CO2). Elle est réalisée en absence d’oxygène par une communauté microbienne diverse dans des écosys- tèmes naturels variés : les sédiments marins et d’eau douce, les tractus digestifs d’animaux, les décharges, les sols, etc. Elle est notamment à l’origine de phéno- mènes spontanés tels que les feux follets ou les émissions de gaz des marais. Le biogaz issu de la méthanisation est un mélange inflammable qui peut contenir, en plus du CH4 (50 à 70 % en volume) et du CO2 (25 à 45 % en volume), des quantités variables de vapeur d’eau, de H2S et de traces d’H2 et d’autres composés minoritaires. Valorisé, le biogaz est une source d’énergie renouvelable dans la mesure où il est issu de matières organiques d’origine végétale ou animale, dont les cycles de renouvellement sont courts. Utilisée au service de l’Homme, la méthanisation s’avère être un outil efficace de réduction des pollutions orga- niques et de production d’énergie. Sa première application, qui reste à l’heure actuelle la plus importante en nombre d’unités, a été la valorisation énergétique à la ferme des sous-produits d’élevage et de l’agriculture. Des pays tels que l’Allemagne ou la Chine comptent de très nombreuses sources délocalisées d’énergie sous forme de biogaz agricole. Depuis le début des années 1970, de nombreux travaux de recherche et de développement dans le domaine de la méthanisation ont contribué à une application toujours plus performante du processus à l’épuration et à la valori- sation des effluents industriels chargés en matière organique. Le succès de l’application de la méthanisation au traitement des eaux usées industrielles tient particulièrement au fait qu’elle engendre une production nette d’énergie, contrairement aux procédés d’épuration aérobies classiques dont l’aération requiert de fortes dépenses électriques. Un autre avantage de la méthanisation est la faible production de boues comparativement aux stations aérobies. Enfin, le traitement anaérobie des effluents s’effectue généralement à plus forte charge que les procédés aérobies, ce qui permet une réduction de l’encombrement des ouvrages. Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire des termes et expressions importants de l’article. 1. Principe de méthanisation : flux métabolique et microbiologie Le processus de digestion anaérobie est effectué en plusieurs étapes biochimiques correspondant à l’action de différents groupes de micro-organismes. En réalité, ces groupes de micro- organismes, présents dans le digesteur grâce à l’ensemencement réalisé lors du démarrage de l’installation, interagissent entre eux pour leurs besoins physiologiques. Ils sont étroitement interdépen- dants les uns des autres, à des degrés divers, allant jusqu’à la dépendance obligatoire, c’est-à-dire ne pouvant pas vivre l’un sans l’autre. Symbole Développé AGV Acide gras volatil BMP Biochemical Methane Potential CMV Compression mécanique à la vapeur CNTP/STP Conditions normales de température et pression (standard temperature and pressure) DBO Demande biochimique en oxygène DCO Demande chimique en oxygène EGSB Expanded Granular Sludge Blanket GNV Gaz naturel véhicule MES Matières en suspension MS Matière sèche PCI Pouvoir calorifique inférieur TAC Titre alcalimétrique complet UASB Upflow Anaerobic Sludge Blanket La digestion anaérobie ou méthanisation est une réaction de dégradation de la pollution organique. Par matière polluante organique, on entend matière constituée de molécules conte- nant des liaisons carbone-hydrogène (C—H). L’objectif de la digestion anaérobie est de minéraliser le carbone provenant de molécules complexes, en phase liquide ou solide, en méthane (CH4) et gaz carbonique (CO2) présents dans le biogaz [12]. Parution : novembre 2017 - Ce document a ete delivre pour le compte de 7200097598 - editions ti // nc AUTEURS // 195.25.183.157 Ce document a ete delivre pour le compte de 7200097598 - editions ti // nc AUTEURS // 195.25.183.157 Ce document a ete delivre pour le compte de 7200097598 - editions ti // nc AUTEURS // 195.25.183.157 tiwekacontentpdf_j3943 v2 Copyright © – Techniques de l’Ingénieur – Tous droits réservés. J 3 943v2 – 3 ___________________________________________________________________________ TRAITEMENT ANAÉROBIE DES EFFLUENTS INDUSTRIELS LIQUIDES Selon un consensus général, les auteurs s’accordent pour décrire la méthanisation en 3 ou 4 étapes majeures (figure 1) [27] : – hydrolyse des composés organiques complexes ; – acidogenèse des monomères en acides gras (majoritairement des acides gras volatils) en certains acides organiques (lactate, succinate), en alcools (éthanol), en hydrogène et dioxyde de carbone ; – acétogenèse qui conduit, à partir des produits de l’hydrolyse ou de l’acidogenèse, à la formation d’acétate, de H2 et de CO2 ; – méthanogenèse stricto sensu qui, à partir de H2 uploads/Industriel/ traitement-anaerobie-des-effluents-industriels-liquides-ref-j3943-v2.pdf